備料的工藝方法、裝備--數控切割機

1、備料的工藝方法、裝備一、切割機在機械加工過程中，板材切割常用方式有手工切割、半自動切割機切割及數控切割機切割。手工切割靈活方便，但手工切割質量差、尺寸誤差大、材料浪費大、后續(xù)加工工作量大，同時勞動條件惡劣，生產效率低。半自動切割機中仿形切割機，切割工件的質量較好，由于其使用切割模具，不適合于單件、小批量和大工件切割。其它類型半自動切割機雖然降低了工人勞動強度，但其功能簡單，只適合一些較規(guī)則形狀的零件切割。數控切割相對手動和半自動切割方式來說，可有效地提高板材切割地效率、切割質量，減輕操作者地勞動強度。數控切割機(CNC Cutting Machine )就是用數字程序驅動機床運動，隨著機床運動

2、時，隨機配帶的切割工具對物體進行切割。這種機電一體化的切割機就稱之為數控切割機。切割機目前來說數控火焰、等離子切割機掌握著很大一部分用戶，而以后水切割、激光切割將代替前著，成為主流切割機，因為他們環(huán)保、切割速度快、切割質量好！切割機可以分為：火焰切割機、等離子切割機、水射流切割機、激光切割機等。（一）火焰切割機火焰切割是利用氣體火焰的熱能將工件切割處預熱到燃點后，噴出高速切割氧流，使金屬燃燒并放出熱量而實現切割的方法。過程有三個階段：1.預熱氣割開始時，利用氣體火焰（氧乙炔焰或氧丙烷焰）將工件待切割處預熱到該種金屬材料的燃燒溫度燃點（對于碳鋼約為11001150）。2.燃燒噴出高速切割氧流，使

3、已達燃點的金屬在氧流中激烈燃燒，生成氧化物。3.吹渣金屬燃燒生成的氧化物被氧流吹掉，形成切口，使金屬分離，完成切割過程。符合上述氣割條件的金屬有純鐵、低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼以及鈦。其它常用的金屬材料如鑄鐵、不銹鋼、鋁和銅等由于不滿足此三條件，所以不能應用氧氣切割，這些材料目前常用的切割方法是等離子弧切割?；鹧媲懈顧C里面又分數控和手動的兩大類,手動的類別有小跑車,半自動,純手動。數控的有龍門式數控切割機,懸臂式數控切割機,臺式數控切割機,相貫線數控切割機等?；鹧媲懈顧C影響鋼板火焰切割質量的三個基本要素：氣體、切割速度、割嘴與被切工件表面的高度。1氣體：（1）氧氣 氧氣是可燃氣體燃燒時所必須的，

4、以便為達到鋼材的點燃溫度提供所需的能量；另外，氧氣是鋼材被預熱達到燃點后進行燃燒所必須的。切割鋼材所用氧氣必須要有較高的純度，一般要求在99.5%以上，一些先進國家的工業(yè)標準要求氧 氣純度在99.7%以上。氧氣純度每降低0.5%，鋼板的切割速度就要降低10%左右。如果氧氣純度降低0.8%-1%，不僅切割速度下降15%-20%，同時，割縫也隨之變寬，切口下端掛渣多并且清理困難，切割斷面質量亦明顯劣變，氣體消耗量也隨著增加。顯然，這就降低了生產效率和切割質量，生產成本也就明顯地增加了。采用液氧切割，雖然一次性投資大，但從長遠看，其綜合經濟指標比想象的要好得多。氣體壓力的穩(wěn)定性對工件的切割質量也是至

5、關重要的。波動的氧氣壓力將使切割斷面質量明顯劣變。氣壓壓力是根據所使用的割嘴類型、切割的鋼板厚度而調整的。切割時如果采用了超出規(guī)定數值的氧氣壓力，并不能提高切割速度，反而使切割斷面質量下降，掛渣難清，增加了切割后的加工時間和費用。（2）可燃性氣體 火焰切割中，常用的可燃性氣體有乙炔、煤氣、天然氣、丙烷等，國外有些廠家還使用MAPP，即：甲烷+乙烷+丙烷。一般來說，燃燒速度快、燃燒值高的氣體適用于薄板切割；燃燒值低、燃燒速度緩慢的可燃性氣體更適用于厚板切割，尤其是厚度在200mm以上的鋼板，如采用煤氣或天然氣進行切割，將會得到理想的切割質量，只是切割速度會稍微降低一些。相比較而言，乙炔比天然氣要

6、貴得多，但由于資源問題，在實際生產中，一般多采用乙炔氣體，只是在切割大厚板同時又要求較高的切割質量以及資源充足時，才考慮使用天然氣。（3）火焰的調整 通過調整氧氣和乙炔的比例可以得到三種切割火焰：中性焰（即正常焰），氧化焰，還原焰，正?；鹧娴奶卣魇窃谄溥€原區(qū)沒有自由氧和活性碳，有三個明顯的區(qū)域，焰芯有鮮明的輪廓（接近于圓柱形）。焰芯的成分是乙炔和氧氣，其末端呈均勻的圓形和光亮的外殼。外殼由赤熱的碳質點組成。焰芯的溫度達1000。還原區(qū)處于焰芯之外，與焰芯的明顯區(qū)別是它的亮度較暗。還原區(qū)由乙炔未完全燃燒的產物氧化碳和氫組成，還原區(qū)的溫度可達3000左右。外焰即完全燃燒區(qū)，位于還原區(qū)之外，它由二氧

7、化碳和水蒸氣、氮氣組成，其溫度在12002500之間變化。氧化焰是在氧氣過剩的情況下產生的，其焰芯呈圓錐形，長度明顯地縮短，輪廓也不清楚，亮度是暗淡的；同樣，還原區(qū)和外焰也縮短了，火焰呈紫藍色，燃燒時伴有響聲，響聲大小與氧氣的壓力有關，氧化焰的溫度高于正常焰。如果使用氧化焰進行切割，將會使切割質量明顯地惡化。還原焰是在乙炔過剩的情況下產生的，其焰芯沒有明顯的輪廓，其焰芯的末端有綠色的邊緣，按照這綠色的邊緣來判斷有過剩的乙炔；還原區(qū)異常的明亮，幾乎和焰芯混為一體；外焰呈黃色。當乙炔過剩太多時，開始冒黑煙，這是因為在火焰中乙炔燃燒缺乏必須的氧氣造成的。預熱火焰的能量大小與切割速度、切口質量關系相當

8、密切。隨著被切工件板厚的增大和切割速度的加快，火焰的能量也應隨之增強，但又不能太強，尤其在割厚板時，金屬燃燒產生的反應熱增大，加強了對切割點前沿的預熱能力，這時，過強的預熱火焰將使切口上邊緣嚴重熔化塌邊。太弱的預熱火焰，又會使鋼板得不到足夠的能量，逼使減低切割速度，甚至造成切割過程中斷。所以說預熱火焰的強弱與切割速度的關系是相互制約的。 一般來說，切割200mm以下的鋼板使用中性焰可以獲得較好的切割質量。在切割大厚度鋼板時應使用還原焰預熱切割，因為還原焰的火焰比較長，火焰的長度應至少是板厚的1.2倍以上。2切割速度 。鋼板的切割速度是與鋼材在氧氣中的燃燒速度相對應的。在實際生產中，應根據所用割

9、嘴的性能參數、氣體種類及純度、鋼板材質及厚度來調整切割速度。切割速度直接影響到切割過程的穩(wěn)定性和切割斷面質量。如果想人為地調高切割速度來提高生產效率和用減慢切割速度來最佳地改善切割斷面質量，那是辦不到的，只能使切割斷面質量變差。過快的切割速度會使切割斷面出現凹陷和掛渣等質量缺陷，嚴重的有可能造成切割中斷；過慢的切割速度會使切口上邊緣熔化塌邊、下邊緣產生圓角、切割斷面下半部分出現水沖狀的深溝凹坑等等。通過觀察熔渣從切口噴出的特點，可調整到合適的切割速度。在正常的火焰切割過程中，切割氧流相對垂直的割炬來說稍微偏后一個角度，其對應的偏移叫后拖量。速度過低時，沒有后拖量，工件下面割口處的火花束向切割方

10、向偏移。如提高割炬的運行速度，火花束就會向相反的方向偏移，當火花束與切割氧流平行時，就認為該切割速度正常。速度過高時，火花束明顯后偏。3割嘴與被切工件表面的高度 。在鋼板火焰切割過程中，割嘴到被切工作表面的高度是決定切口質量和切割速度的主要因素之一。不同厚度的鋼板，使用不同參數的割嘴，應調整相應的高度。為保證獲得高質量的切口，割嘴到被割工件表面的高度，在整個切割過程中必須保持基本一致。（二）等離子切割機等離子切割是利用高溫等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬局部熔化（和蒸發(fā)），并借高速等離子的動量排除熔融金屬以形成切口的一種加工方法。等離子切割配合不同的工作氣體可以切割各種氧氣切割難以切割的金屬

11、，尤其是對于有色金屬（不銹鋼、鋁、銅、鈦、鎳）切割效果更佳；其主要優(yōu)點在于切割厚度不大的金屬的時候，等離子切割速度快，尤其在切割普通碳素鋼薄板時，速度可達火焰切割法的56倍、切割面光潔、熱變形小、幾乎沒有熱影響區(qū)。等離子切割發(fā)展到現在，可采用的工作氣體（工作氣體是等離子弧的導電介質，又是攜熱體，同時還要排除切口中的熔融金屬）對等離子弧的切割特性以及切割質量、速度都有明顯的影響。常用的等離子弧工作氣體有氬、氫、氮、氧、空氣、水蒸氣以及某些混合氣體。數控等離子切割機以工作方式來分：有干式等離子、半干式等離子、水下等離子之分；以切割質量來分有普通等離子、精細等離子、類激光等離子等。1、普通等離子電源

12、，切割截面斜口在 3-6度。2、精細等離子電源，切割截面斜口在 2度以內。3、類激光等離子電源切割截面斜口基本為零，且截面光滑，粗糙度在Ra12.525之間。當然價格也是 3>2>1。數控等離子是把等離子電源安裝在數控機上而已。真正有區(qū)別的是等離子電源。各種等離子弧切割工藝參數，直接影響切割過程的穩(wěn)定性、切割質量和效果。主要切割規(guī)范簡述如下：1空載電壓和弧柱電壓 。等離子切割電源，必須具有足夠高的空載電壓，才能容易引弧和使等離子弧穩(wěn)定燃燒。空載電壓一般為120-600V，而弧柱電壓一般為空載電壓的一半。提高弧柱電壓，能明顯地增加等離子弧的功率，因而能提高切割速度和切割更大厚度的金屬

13、板材?；≈妷和ㄟ^調節(jié)氣體流量和加大電極內縮量未達到，但弧柱電壓不能超過空載電壓的65%，否則會使等離子弧不穩(wěn)定。2切割電流 。增加切割電流同樣能提高等離子弧的功率，但它受到最大允許電流的限制，否則會使等離子弧柱變粗、割縫寬度增加、電極壽命下降。3氣體流量。 增加氣本流量既能提高弧柱電壓，又能增強對弧柱的壓縮作用而使等離子弧能量更加集中、噴射力更強，因而可提高切割速度和質量。但氣體流量過大，反而會使弧柱變短，損失熱量增加，使切割能力減弱，直至使切割過程不能正常進行。4電極內縮量 。所謂內縮量是指電極到割嘴端面的距離，合適的距離可以使電弧在割嘴內得到良好的壓縮，獲得能量集中、溫度高的等離子弧

14、而進行有效的切割。距離過大或過小，會使電極嚴重燒損、割嘴燒壞和切割能力下降。內縮量一般取8-11mm。5割嘴高度 。割嘴高度是指割嘴端面至被割工件表面的距離。該距離一般為410mm。它與電極內縮量一樣，距離要合適才能充分發(fā)揮等離子弧的切割效率，否則會使切割效率和切割質量下降或使割嘴燒壞。6切割速度 。以上各種因素直接影響等離子弧的壓縮效應，也就是影響等離子弧的溫度和能量密度，而等離子弧的高溫、高能量決定著切割速度，所以以上的各種因素均與切割速度有關。在保證切割質量的前提下，應盡可能的提高切割速度。這不僅提高生產率，而且能減少被割零件的變形量和割縫區(qū)的熱影響區(qū)域。若切割速度不合適，其效果相反，而

15、且會使粘渣增加，切割質量下降。等離子切割所用的工作氣體主要有空氣、氧氣、氮氣等，其主要優(yōu)缺點如下:以空氣作為工作氣體：a . 切割面上附有氮化層,焊接時焊縫中會產生氣孔。因此用于焊接的切割邊,需用砂輪打磨,去除氮化層。b. 由于存在氧化作用,電極和噴嘴易損耗, 使用壽命較短；以氧氣作為工作氣體,主要用于切割碳鋼、鋁。氧的離解熱高、攜熱性好,粒子復合時的放熱量大,投入切割的熱量多,因此可獲得較高的切割速度。在加工碳鋼時,因切割過程中的鐵氧反應提供了大量的附加熱量,促進了切割速度的進一步提高。與等離子空氣切割法相比,等離子氧氣切割法在切割碳鋼時有以下優(yōu)點:a . 切割速度更快;b. 切割面更光潔,

16、呈金屬光澤,尤其是無氮化層,切割后可直接用于焊接;c. 切口下緣不粘渣;d. 切割變形小,精度高。等離子氧氣切割法也存在如下缺點:a . 因氧化作用強,電極損耗更快,使用壽命短;b. 切割面斜角較大；以氮氣作為工作氣體,主要用于切割不銹鋼。氮的導熱和攜熱性能較好,弧柱也較長,因此具有較好的切割能力。但切割的表面質量不是很好,且切割面有氮化物。相對氧氣而言,氮氣的價格較低,因此這種切割方法一般只用于對切割表面質量要求不高且不直接用于焊接的不銹鋼下料。數控水下等離子切割機的技術日近成熟，對水下等離子切割機的認識也逐步深入，干式等離子切割容易產生大量金屬粉塵，難聞氣體，強光刺眼，一些的切割附帶問題讓

17、客戶頭疼，為了解決好這一問題，水下等離子切割機便應運而生。水下等離子切割時候必須配有防撞裝置或者弧壓自動調高裝置，水下切割時，水面由于引弧和切割氣體的沖擊，極易讓水產生渾濁，肉眼是根本看不到割槍行走的位置和割槍距離鋼板的高度，在切割過程中，變形的鋼板若凸起，會碰撞到割槍，造成割槍的斷裂或者損傷，切割時，水平面離鋼板高度為35mm即可。水下等離子切割機工作原理是水下等離子切割可以除塵，有一水位可升降的切割平臺，當開始切割時進氣閥打開風機給水床氣囊充氣，水位快速上升，當水剛好淹住鋼板時關閉氣動閥，水位停止不動，切割時所產生的煙塵和弧光全部被水吸收。當切割結束時出氣閥打開，氣囊放氣水位下降以便操作人

18、員做標記和下料，此種除塵方式是目前除塵效果最好一種除塵方式，但由于受到水的影響切割速度、切割能力、表面光潔度相比干式切割都有不同程度的下降，切割相同厚度的鋼板時所耗電能比干式切割高約15，水床的制造成本相對較高。水下切割最明顯的優(yōu)點是：橫梁采用寬體增強性箱式結構，外型美觀。端架采用低重心結構，結構對稱，穩(wěn)定性好，所有焊接均去應力處理，保證了整體剛性強度及良好的動態(tài)平衡。缺點是:水下等離子切割機的價格昂貴，購買廠家比較少。（三）其他切割機1、數控激光切割是利用高能量的激光束作為“切割刀具”對材料進行熱切割的加工方法?？蓪崿F對金屬、非金屬板材等的切割。數控激光切割按激光的種類，又可分為氣體激光切割

19、和固體激光切割。激光切割加工速度快，加工精度較高。激光切割的厚度，由激光發(fā)生器的功率來決定。激光切割機的工藝分類：汽化切割。在高功率密度激光束的加熱下，材料表面溫度升至沸點溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。 熔化切割。當入射的激光束功率密度超過某一值后，光束照射點處材料內部開媽蒸發(fā)，形成孔洞。一旦這種小孔形成，它將作為黑體吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金屬壁所包圍，然后，與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件移動，小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。激光束繼續(xù)沿著這條縫的前沿照射，熔化材

20、料持續(xù)或脈動地從縫內被吹走。 氧化熔化切割。熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在激光束的照射下被點燃，與氧氣發(fā)生激烈的化學反應而產生另一熱源，稱為氧化熔化切割?？刂茢嗔亚懈睢τ谌菀资軣崞茐牡拇嘈圆牧?，通過激光束加熱進行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過程主要內容是：激光束加熱脆性材料小塊區(qū)域，引起該區(qū)域大的熱梯度和嚴重的機械變形，導致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導裂縫在任何需要的方向產生。2、數控水刀切割，是將水增壓至超高壓（100400 Mpa）后，經節(jié)流小孔（0.150.4mm）射出，借助高速高密集度水射流（或再加入磨料）的沖擊作

21、用進行切割。利用高壓水射流，可以切割各種金屬與非金屬材料。水射流目前還不是很普遍。3、數控線切割，亦稱為電火花加工。是用金屬線作為負電極，對導電或半導電材料的工件依靠電火花放電作用，使工件不斷地被電蝕。金屬絲不斷地上（下）移動，工件在數控系統(tǒng)的驅動下，進行相對金屬絲的速度很慢，但其加工精度和光潔度很高，屬于精加工范疇。廣泛用于磨具等零件的加工。（四）火焰切割機和其他切割機的比較1. 火焰切割機與等離子切割比較：火焰切割時的溫度比等離子切割時溫度低，直接導致了其切割速率不及等離子，而且無法切割不銹鋼以及很多有色金屬。其優(yōu)點在于，可以切割大厚度板材（我國已經掌握了切割2000mm厚度的火焰切斷技術

22、），切割設備和切割成本相對低廉，污染較等離子切割機小?；鹧媲懈顧C主要是針對于低碳鋼，而等離子切割則主要切割不銹鋼、鍍鋅板、錳材等等。兩種切割方式就速度來說，等離子速度比較快，精度高，但是等離子切割有一定的坡口，坡口大小和等離子電源的功率有關。數控等離子切割機是將數控切割機和等離子電源相結合起來使用，等離子電源也可稱為等離子切割機，等離子切割主要用于切割有色金屬，等離子切割一般適合切割10mm左右的板材，熱變形相對于數控火焰切割機要小，速度快，干凈利落，穿孔效率高，長期使用費用低，節(jié)約能源。 隨著科技的發(fā)展，數控等離子切割技術越來越成熟，切割厚度已經超過了100mm。2. 火焰切割機和高壓水射流

23、切割機比較：高壓水射流切割機的精度和切割材料的種類都優(yōu)于火焰切割機，但是火焰切割機在切割速度和切割厚度上均大于水切割機，且設備成本和切割成本都相對低廉。3. 火焰切割機與激光切割比較：火焰切割機在切割速度精度以及切割材質種類方面都遠不及激光切割機，但是在切割厚度和切割成本上都優(yōu)于激光切割機。4.火焰切割機與線切割機比較：線切割放電加工以銅線作為工具電極在銅線與銅鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60300V的脈沖電壓并保持550um間隙間隙中充滿煤油純水等絕緣介質使電極與被加工物之間發(fā)生火花放電并彼此被消耗腐蝕.在工件表面上電蝕出無數的小坑，無數小坑鏈接在一起就形成切割，切割速度比較慢。而火焰

24、切割是利用氧化鐵燃燒過程中產生的高溫來切割碳鋼，速度比線切割的要快，但是掛渣多，比較毛糙，只能適合對精度要求不高和粗加工的廠家使用。（五）等離子切割機與激光切割機的對比和發(fā)展在金屬切割中，激光切割和等離子切割兩大工藝，在汽車、機車、船舶、壓力容器、化工機械、核工業(yè)、通用機械、工程機械、鋼結構、紡織、石油等各行各業(yè)應用非常廣泛。那么，用戶在選購切割設備的時候，究竟是選擇激光切割呢，還是選擇等離子切割呢？選擇技術切割設備的時候，應該從加工材料類型，材料厚度，工件形狀，加工精度，加工效率等方面予以綜合考慮。1、等離子切割的原理、特點與適用范圍等離子弧切割時利用高溫等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬局

25、部熔化（和蒸發(fā)），并借高速等離子的動量排除熔融金屬以形成切口的一種方法。等離子切割范圍寬，可切割一切金屬板材和許多非金屬材料，以中厚板切割為主，切割厚度可達50mm。在水下切割能消除切割時產生的噪音、粉塵、有害氣體和弧光，有利于環(huán)境的保護，符合21世紀對環(huán)保的要求，等離子切割配合不同的工作氣體可以切割各種氧氣切割難以切割的金屬，尤其是對于有色金屬（不銹鋼、鋁、銅、鈦、鎳）切割效果更佳。等離子切割的主要優(yōu)點在于切割厚度大的金屬工件，等離子切割速度快，尤其在切割普通碳素鋼薄板時，速度可達氧切割法的56倍、切割面光潔、熱變形小、機會沒有熱影響區(qū)。等離子切割可采用的工作氣體（工作氣體是等離子弧的導電介質，又是攜熱體，同時還要排除切口中的熔融金屬）對于等離子弧的切割特性以及切割質量、速度都有明顯的影響。通常用的等離子弧工作氣體有氬、氫、氧、空氣、水蒸氣以及某些混合氣體。2、激光切割原理、特點與適用范圍激光切割的原理是，激光通過激光器產生后由反射鏡傳遞并通過聚集鏡照射到加工物品上，使加工物品（表面）受到能量密度極大的熱能而溫度急劇增加，使該點因高溫而迅速的汽化或者融化，配合激光頭的運行軌跡從而達到加工的目的。激光具有幾乎無發(fā)散的方向性,具有極高的發(fā)光強度，具有高相干性、高強度性、高方向性，因而切割速度